Многопользовательский MIMO - Multi-user MIMO

Многопользовательский MIMO (MU-MIMO) представляет собой набор несколько входов и выходов (MIMO) технологии для многолучевого распространения беспроводной связь, при которой несколько пользователей или терминалов, каждый из которых осуществляет радиосвязь через одну или несколько антенн, связываются друг с другом. Напротив, однопользовательский MIMO (SU-MIMO) включает в себя одного пользователя или терминала, оборудованного множеством антенн, который обменивается данными ровно с одним другим аналогичным образом оборудованным узлом. Аналогично тому, как OFDMA добавляет возможность множественного доступа к OFDM в области сотовой связи MU-MIMO добавляет многопользовательскую возможность MIMO в области беспроводной связи.

SDMA,[1][2][3] массивный MIMO,[4][5] координированная многоточечная (CoMP),[6] и специальные MIMO все связаны с MU-MIMO; каждая из этих технологий часто использует пространственные степени свободы для разделения пользователей.

Технологии

MU-MIMO использует несколько пользователей в качестве пространственно распределенных ресурсов передачи за счет несколько более дорогой обработки сигналов. Для сравнения: обычный однопользовательский MIMO (SU-MIMO) предполагает использование только нескольких антенн для локальных устройств. Алгоритмы MU-MIMO улучшают системы MIMO, в которых количество соединений между пользователями превышает единицу. MU-MIMO можно разделить на две категории: широковещательные каналы MIMO (MIMO BC) и каналы множественного доступа MIMO (MIMO MAC) для нисходящей и восходящей линий связи соответственно. Снова для сравнения, SU-MIMO может быть представлен как двухточечный попарный MIMO.

Чтобы убрать двусмысленность слов приемник и передатчик, мы можем принять условия точка доступа (AP) или базовая станция, и Пользователь. AP является передатчиком, а пользователь - приемником для соединений по нисходящей линии связи и наоборот для соединений по восходящей линии связи. Однородные сети свободны от этого различия, поскольку они имеют тенденцию быть двунаправленными.

MIMO трансляция (MIMO BC)

Многопользовательская система MIMO: корпус MIMO BC
Пример блочно-диагонализованной матрицы реального значения канала (8 передающих антенн на базовой станции, 3 пользовательского оборудования).

MIMO BC представляет собой случай нисходящего канала MIMO, когда один отправитель передает на несколько получателей в беспроводной сети. Примеры расширенной обработки передачи для MIMO BC с учетом помех предварительное кодирование и планирование пользователей нисходящей линии связи на основе SDMA. Для расширенной обработки передачи необходимо знать qfz на передатчике (CSIT). То есть, знание CSIT позволяет повысить пропускную способность, и методы получения CSIT приобретают большое значение. Системы MIMO BC имеют выдающееся преимущество перед системами SU-MIMO точка-точка, особенно когда количество антенн на передатчике или AP больше, чем количество антенн на каждом приемнике (пользователе). Категории методов предварительного кодирования, которые могут использоваться MIMO BC, включают, во-первых, те, которые используют кодирование грязной бумаги (DPC) и линейные методы.[7] и два, гибридные (аналоговые и цифровые) методы.[8]

MIMO MAC

И наоборот, MIMO-канал с множественным доступом или MIMO MAC представляет случай восходящей линии связи MIMO в беспроводной сети от нескольких отправителей к одному получателю. Примерами расширенной обработки приема для MIMO MAC являются совместное подавление помех и пользовательское планирование восходящей линии связи на основе SDMA. Для расширенной обработки приема получатель должен знать информация о состоянии канала на приемнике (CSIR). Знать CSIR, как правило, легче, чем знать CSIT. Однако знание CSIR требует больших ресурсов восходящей линии связи для передачи выделенных пилот-сигналов от каждого пользователя к AP. Системы MIMO MAC превосходят системы MIMO точка-точка, особенно когда количество приемных антенн в AP больше, чем количество передающих антенн у каждого пользователя.

Межуровневый MIMO

Межуровневый MIMO повышает производительность каналов MIMO, решая определенные межуровневые проблемы, которые могут возникнуть при использовании в системе конфигураций MIMO. Межуровневые методы также могут использоваться для повышения производительности каналов SISO. Примерами межуровневых методов являются совместное кодирование канала источника, адаптивная модуляция и кодирование (AMC или «адаптация канала»), гибридный ARQ (HARQ) и планирование пользователя.

От многопользовательского к многопользовательскому

Сильно взаимосвязанная беспроводная одноранговая сеть увеличивает гибкость беспроводной сети за счет увеличения многопользовательских помех. Чтобы улучшить помехоустойчивость, протоколы PHY / MAC-уровня эволюционировали от конкуренции на основе передачи и приема на основе совместной работы. Совместная беспроводная связь может фактически использовать помехи, которые включают в себя самоинтерференцию и другое вмешательство пользователя. В совместной беспроводной связи каждый узел может использовать собственные помехи и другие помехи пользователя для улучшения производительности кодирования и декодирования данных, тогда как обычные узлы обычно направлены на то, чтобы избежать помех. Например, после декодирования сильных помех узел декодирует и устраняет сильные помехи перед декодированием собственного сигнала. Снижение низких отношений несущей к помехам (CoI) может быть реализовано на сетевых уровнях PHY / MAC / приложений в совместных системах.

  • Совместное исследование нескольких антенн - Применить технологии с несколькими антеннами в ситуациях, когда антенны распределены между соседними беспроводными терминалами.
  • Кооперативная ретрансляция - применение кооперативных концепций к методам ретрансляции, что аналогично кооперативному разнообразию с точки зрения совместной сигнализации. Однако основным критерием кооперативной ретрансляции является улучшение области компромисса между задержкой и производительностью, в то время как критерий кооперативного разнесения и MIMO - улучшение характеристик канала и системы за счет минимальных потерь кооперации.
  • Техники ретрансляции для сотрудничества
    • Промежуточное хранение (S&F), Усиление и пересылка (A&F), Декодирование и пересылка (D&F), Кооперация с кодированием, Кооперация с пространственным кодированием, Сжатие с пересылкой (C&F), Неортогональные методы

Кооперативная MIMO (CO-MIMO)

Основная статья: Кооперативная MIMO

CO-MIMO, также известный как сеть MIMO (net-MIMO), или же специальный MIMO, использует распределенные антенны, которые принадлежат другим пользователям, в то время как обычный MIMO, то есть однопользовательский MIMO, использует только антенны, принадлежащие локальному терминалу. CO-MIMO улучшает производительность беспроводной сети за счет использования преимуществ нескольких антенн, таких как разнесение, мультиплексирование и формирование луча. Если главный интерес заключается в выигрыше за счет разнообразия, он известен как совместное разнообразие. Его можно описать как форму макроразнообразие, используется, например, в мягкая передача. Кооперативная MIMO соответствует макроразнесение передатчика или же одновременное вещание. Простая форма, не требующая какой-либо дополнительной обработки сигналов, - это одночастотные сети (SFN), особенно используемый в беспроводном вещании. SFN в сочетании с адаптивным к каналу или адаптивным планированием трафика называется динамические одночастотные сети (DSFN).

CO-MIMO - это метод, полезный для будущих сотовых сетей, которые учитывают беспроводная ячеистая сеть или беспроводная сеть ad hoc. В беспроводные сети ad hoc, несколько узлов передачи связываются с несколькими узлами приема. Чтобы оптимизировать пропускную способность специальных каналов, концепции и методы MIMO могут применяться к множественным каналам связи между кластерами передающих и принимающих узлов. В отличие от множества антенн в однопользовательском приемопередатчике MIMO, участвующие узлы и их антенны расположены распределенным образом. Таким образом, для достижения пропускной способности этой сети необходимы методы управления распределенными радиоресурсами. Такие стратегии, как автономное восприятие помех, взаимодействие узлов и сетевое кодирование с использованием грязной бумаги были предложены для оптимизации пропускной способности беспроводной сети.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Н. Джиндал, Широковещательные каналы MIMO с обратной связью с конечной скоростью, IEEE Transactions on Information Theory, vol. 52, нет. 11. С. 5045–5059, 2006.
  2. ^ Д. Гесберт, М. Контурис, Р. В. Хит-младший, К.-Б. Чаэ и Т. Зельцер, Изменение парадигмы MIMO, IEEE Signal Processing Magazine, vol. 24, вып. 5. С. 36-46, 2007.
  3. ^ Р. Твег, Р. Альперт, Х. Лейзерович, А. Штайнер, Э. Левитан, Э. Оффир-Арад, А. Гай, Б. Зикель, А. Авирам, А. Фриман, М. Вакс, Внедрение ASIC для формирования луча и SDMA для развертывания Wi-Fi в городских зонах, Глобальная телекоммуникационная конференция, 2006. GLOBECOM '06. IEEE.
  4. ^ Т. Л. Марцетта, Некодействующая сотовая беспроводная связь с неограниченным количеством антенн базовых станций IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 9, вып. 11, pp. 56-61, 3590-3600, ноябрь 2010 г.
  5. ^ Дж. Хойдис, С. тен Бринк, М. Дебба, Массивный MIMO в UL / DL сотовых сетей: сколько антенн нам нужно? Журнал IEEE по избранным областям коммуникаций, вып. 31, нет. 2, стр. 160-171, февраль 2013 г.
  6. ^ Э. Бьёрнсон и Э. Йорсвик, Оптимальное распределение ресурсов в координированных многокамерных системах, Основы и тенденции в теории коммуникации и информации, т. 9, вып. 2-3, с. 113-381, 2013.
  7. ^ Q. Спенсер; М. Хардт и А. Л. Суиндлхерст (февраль 2004 г.). «Методы нулевого форсирования для пространственного мультиплексирования нисходящей линии связи в многопользовательских каналах MIMO». IEEE Trans. Сигнальный процесс. 52 (2): 461. Bibcode:2004ITSP ... 52..461S. Дои:10.1109 / TSP.2003.821107. S2CID  616082.
  8. ^ Виззиелло, А., Савацци, П., и Чоудхури, К. Р. (2018). Гибридное предварительное кодирование на основе Калмана для многопользовательских систем MIMO миллиметрового диапазона. IEEE Access, 6, 55712-55722.

внешняя ссылка